پروپوزال بررسی آبشستگی موضعی پایین دست حوضچه های آرامش

بررسی آبشستگی موضعی پایین دست حوضچه هایآرامش

**توجه**

1- این فایل توسط گروه مهندسین برتر(فایل یار) نگارش شده است استفاده از فایل فقط برای خریدار ان مجاز می باشد و هرگونه استفاده برای کسانی که فایل خریداری ننموده اند شرعا حرام و قابل پیگیری حقوقی می باشد.

2-این فایل دارای گارانتی ویرایش یک مرتبه  برای خریدار آن می باشد.

بیان مسئله

از جمله مسائل مهمی که ارتباط مستقیم با رسوبات رودخانه‌ای دارد و لازم است تا مهندسان هیدرولیک آشنایی کافی با آن داشته باشند مسأله آبشستگی (کف کنی^[1]) رودخانه می باشد.

حوضچه ارامش یا حوضچه های جهش آبی قسمت كوتاهی از یك كانال كف سازی شده كه به صورت سازه ایی خاص در انتهای سریرزها یا هر منبع دیگری كه جریان فوق بحرانی ایجاد كند ساخته می شود.

هدف از ساختن این سازه ها تشكیل پرش هیدرولیكی در داخل حوضچه می باشد تا جریان فوق بحرانی قبل از رسیدن به قسمت های غیر كف سازی شده رودخانه به جریان زیر بحرانی تغییر حالت داده و از انرژی فوق العاده آن  توسط بلوكهای كف كاسته واز خرابی های احتمالی جلوگیری  گردد. حوضچه آرامش، عبارتست از قسمت کوتاهی از یک کانال کف‌سازی شده که در انتهای یک سرریز یا هر منبع تولید کننده جریان فوق بحرانی قرار می‌گیرد و هدف از طراحی آن این است که پرش هیدرولیکی در داخل آن اتفاق افتد و جریان به حالت زیر بحرانی درآمده و بر روی مصالح فرسایش پذیر پایین دست منتقل شود. متغیرهای مهم در طراحی حوضچه آرامش عبارتند از عرض حوضچه، طول حوضچه، ارتفاع دیواره‌ها و رقوم بستر حوضچه. عرض حوضچه یک متغیر بسیار مهم می‌باشد زیرا ابعاد پرش هیدرولیکی تابع آن است. به طور کلی اصولاً اگر عرض حوضچه بیشتر باشد، عمل حوضچه از نظر هیدرولیکی بهتر خواهد بود زیرا دبی در واحد عرض کمتر خواهد شد و اندازه قدرت گردابه‌های ایجاد شده پس از پرش کمتر خواهد بود.

آبشستگی پایین دست حوضچه های آرامش پدیده ای است كه به دلیل وجود سرعت محلی بیش از سرعت آستانه حركت بوجود می آید. بر اثر این پدیده اختلاف ارتفاعی بین كف بتنی حوضچه و بستر رودخانه بوجود می آید.

 آبشستگی پایین دست سازه های هیدرولیکی از مسائل عمده ای است که همواره مورد توجه مهندسین و طراحان بوده است. پیش بینی ابعاد توسعه این فرسایش و روشهای کنترل و کاهش آن یکی از مواردی است که در طراحی سازه های هیدرولیکی مورد توجه قرار می گیرد. دریچه ها یکی از کاربردی ترین سازه های آبی میباشند که برای تنظیم سطح آب ، تخلیه رسوبات در بندهای انحرافی و تامین سطح مناسب آب در کانالهای آبرسانی مورد بهره برداری قرار میگیرند.

از جمله مکان هایی که معمولاً در معرض گودشدن بستر (فرسایش) قرار میگیرد، محدوده پاییندست سدهای مخزنی است، زیرا سدهای مخزنی تا ۹۹ % از رسوبات حمل شده توسط رودخانه را در پشت خود نگه میدارند و در نتیجه آب تقریباً بدون رسوب از سد به پاییندست جاری خواهد شد. بعلت اینکه این آب قدرت حمل رسوب را دارد، رسوبات خود را از بستر رودخانه (پایین دست) تأمین می‌کند. با حمل این رسوبات به پایین دست بتدریج بستر رودخانه گود خواهد شد. گود شدن بستر رودخانه تأثیراتی روی محیط اطراف دارد .

گود شدن بستر رودخانه در پایین دست حوضچه آرامش باعث ایجاد شکست برشی و لغزش در بستر حوضچه می‌شود و با افزایش عمق آبشستگی، تأسیسات حوضچه آرامش و سد در خطر قرار می‌گیرد.

از آنجائیکه مکانیزم عمل آبشستگی درمکان‌های مختلف متفاوت می‌باشد، از این رو آبشستگی را به دو نوع تقسیم‌بندی می‌کنند. نوع اول، آبشستگی عمومی^[2] مثل آبشستگی در اثر انقباض تدریجی مقطع رودخانه می‌باشد. این نوع آبشستگی در محل‌هایی رخ می‌دهد که سرعت جریان به دلایلی افزایش می‌یابد. برای مثال کاهش مقطع رودخانه در محل احداث پل یا در محل ایجاد آبشکن‌های متوالی باعث بروز آبشستگی عمومی در مقطع تنگ شده می‌گردد. نوع دیگر آبشستگی، آبشستگی موضعی^[3] می‌باشد. این نوع آبشستگی در پایین دست سازه‌های هیدرولیکی، اطراف آبشکن‌ها، در محل پایه‌های پل و بطور کلی در هر مکانی که شدت جریان‌های در هم به طور موضعی افزایش یابد بوجود می‌آید.

 از آن جا که قبل از ساخت سد، رودخانه با بستر و نرخ انتقال رسوب به تعادل رسیده است لذا بعد از ساخت سد و قطع ارتباط انتقال رسوب از بالادست به پایین دست سد، منبع رسوب موردنیاز جریان برای رسیدن به تعادل نسبی، بستر رودخانه در پایین دست سد خواهد بود. بنابراین همواره بعد از ساخت سدها شاهد افت بستر رودخانه و به تبع آن ایجاد اختلاف تراز بین کف حوضچه آرامش و رودخانه پایین دست هستیم. به وجود آمدن اختلاف ارتفاع بین کف حوضچه و بستر پایین دست میتواند بر اثر آبشستگی موضعی پایین دست حوضچه های آرامش باشد. آبشستگی موضعی پایین دست حوضچه های آرامش پدیده ای طبیعی است که به دلیل وجود سرعت محلی بیش از سرعت آستانه حركت (سرعت بحرانی) به وجود می آید (شفاعی بجستان، ۱۳۷۸).

در حقیقت هدف اصلی از ایجاد حوضچه های آرامش، استهلاك انرژی و كاهش فرسایش ناشی از جریان است . با این وجود در جریان خروجی از حوضچه های آرامش بخش قابل توجهی از انرژی باقی می ماند كه باید مستهلك شود و لذا در پایین دست حوضچه های آرامش معمولا آبشستگی موضعی رخ می دهد نوع خاصی از حوضچه های آرامش، حوضچه آرامش با انبساط ناگهانی است . انبساط ناگهانی این نوع حوضچه ها یك راه مناسب برای استهلاك انرژی در پایین دست سرریز می باشد. ایراد اساسی این نوع حوضچه ها الگوی نامتقارن جریان به ویژه در اعداد فرود بالا می باشد. وجود جریان نامتقارن باعث ایجاد آبشستگی نامتقارن در پایین دست بستر فرسایش پذیر می شود. گسترش و عمق فرسایش محلی بستگی به عوامل هیدرولیكی، زمین شناسی و هندسه حوضه دارد . آنچه مهم است آبشستگی ایجاد شده نباید خسارتی به حوضچه آرامش وارد كند .

یكی از مشكلاتی كه بسیاری از سدها، چند سال پس از بهره برداری با آن روبه رو میشوند مسئله آبشستگی بعد از حوضچه آرامش می باشد كه مهمترین دلیل آن عبور دبی بیشتری از دبی طراحی حوضچه آرامش می باشد. این پدیده سبب می شود حوضچه عملكرد مناسبی نداشته باشد و پرش هیدرولیكی بصورت كامل در حوضچه تشكیل نشود. لذا بستر پایین دست حوضچه دچار فرسایش و آبشستگی شده و اختلاف ارتفاعی بین كف بتونی حوضچه و بستر پایین دست بوجود می آید. از مهمترین عوامل تخریب حوضچه های آرامش، آبشستگی پایاب آنها است که سبب بروز مخاطراتی برای پایداری سازه و یا کاهش بهره وری سازه می شود. جریان در محل وقوع آبشستگی، یك فرایند دوفازی (آب و رسوب) است. بنابراین آبشستگی متاثر از متغیرهای بسیاری از قبیل پارامترهای جریان، مشخصات بستر آبرفتی، زمان و هندسه آبراهه می باشد.هدف از مطالعه حاضر بررسی آبشستگی پایین دست حوضچه های آرامش و مقایسه نتایج با تحقیقات قبلی در خصوص موضوع می باشد.

فرضیات تحقیق

فرضیه اصلی:

حوضچه های آرامش در پایین دست بیشتر در معرض فرسایش و آبشستگی هستند.

فرضیات فرعی:

گود شدن بستر رودخانه در پایین دست حوضچه آرامش باعث ایجاد شکست برشی و لغزش در بستر حوضچه می‌شود و با افزایش عمق آبشستگی، تأسیسات حوضچه آرامش و سد در خطر قرار می‌گیرد.

گود شدن بستر رودخانه در اثر آبشستگی پایین دست حوضچه های آرامش خطراتی برای پایه‌های پل  بوجود خواهد آورد.